jueves, 4 de abril de 2013

Caracterización y tipos de biodiversidad

Chicos:


Tenemos una lectura introductoria sobre biodiversidad.

Ya se que están cargados de trabajo, pero tenemos que seguir haciendo un esfuerzo (que les agradezco!), léanlo  coloquen sus dudas en su cuaderno para aclararlas en clase y realicen un resumen con las ideas principales. Nos vemos mañana =)

Caracterización y tipos de biodiversidad


El concepto de diversidad, privado de contexto, significa variedad, disparidad; conjunto o gama de cosas distintas. Aplicado en la ciencia de la biología, se acuña el término de diversidad biológica.
En 1992, durante la Cumbre de Río de Janeiro, en Brasil, la Convención sobre Diversidad Biológica de la Agenda XXI, definió el concepto de Diversidad Biológica como "La variabilidad de organismos de cualquier fuente, incluidos, entre otras cosas, los ecosistemas terrestres y marinos y otros ecosistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende la diversidad dentro de cada especie, entre especies y de los ecosistemas". Posteriormente, el término diversidad biológica se sintetizó en biodiversidad.
De la biodiversidad dependen muchos de los aspectos de nuestra vida. La producción de oxígeno atmosférico, la capacidad productiva de los suelos y la conservación del agua están íntimamente ligadas al mantenimiento de la diversidad biológica. La riqueza de genes, especies y ecosistemas es la fuente de una gran cantidad de productos fundamentales para el bienestar del ser humano tales como alimento, vestido y medicamentos; del mismo modo, la riqueza cultural de nuestro planeta está íntimamente ligada a la biodiversidad, enriqueciéndose mutuamente (ver figura 2.1.1).
Figura 2.1.1. Logo del Instituto Indigenista Interamericano, que pugna por la conservación de la diversidad cultural en el área.

Niveles: Población, comunidad, regiones

Para los propósitos de éste texto, adoptaremos el concepto manejado por la CONABIO (Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad): "La biodiversidad se refiere a la composición, en número y proporción, de las formas vivas de la naturaleza". La biodiversidad involucra todos los tipos de variabilidad biológica, generándose tres niveles, originalmente propuestos por Ravinowitz en 1986: genético, de especies y de ecosistemas.
Partiendo del concepto anterior, podemos relacionarlo con los contenidos de nuestro Programa Indicativo, de la siguiente manera:


El primer nivel, la diversidad genética es la variación existente entre distintas versiones (alelos) de las unidades de herencia (genes) de los individuos de una especie (ver figura 2.1.2). Las diferencias heredables constituyen la materia prima sobre la cual las fuerzas evolutivas (por ejemplo, la selección natural o la deriva genética) han moldeado la variada complejidad de los seres vivos. La diversidad de especies es el número de especies diferentes que conviven en un área geográfica determinada. En ocasiones, la diversidad de especies se denomina también riqueza de especies cuando se hace referencia a un grupo o taxón particular, por ejemplo, se habla de la riqueza de especies de orquídeas o de la riqueza de vertebrados. Finalmente, la diversidad ecológica es la variedad de comunidades y ecosistemas que se presentan en determinadas áreas; incluyen a las especies que los componen, los papeles ecológicos que desempeñan (procesos e interacciones) y los cambios en la composición de especies de una región a otra.
Figura 2.1.2. La diversidad genética es una medida de la riqueza de alelos de una población o especie. En la imagen,
un niño pelirrojo y otro de pelo oscuro observan un canguro albino y uno normal en el zoológico de Barcelona.

La población y la diversidad genética.

Ya hemos definido a la población como un grupo de individuos de la misma especie que ocupan un área determinada y que realizan intercambio de genes mediante la reproducción. La población tiene ciertas propiedades emergentes (se recomienda ver la lectura de Niveles de Organización ecológica) como son la densidad, la natalidad y mortalidad, la estructura de edades y la proporción de sexos, entre otras. Ninguna de estas propiedades las tiene el individuo (que es el nivel de organización inmediato inferior), por lo que se dice que la población es mucho más que la suma de los individuos que la conforman.
Una importante característica de las poblaciones, principalmente las que cuentan con reproducción sexual, es su variabilidad. Esta diversidad genética de las especies es muy evidente para la mayoría de las personas; principalmente debido a la variabilidad de nuestra propia especie y a la de los animales domésticos. El caso de los perros y gatos en las zonas urbanas es muy evidente, pues si eres dueño de un gato negro, seguramente puedes reconocer al tuyo entre cien gatos negros. El caso de caballos, burros, aves de corral, ganado vacuno y ovino en las zonas rurales también son muy evidentes, pues puedes reconocer a tu caballo entre toda una manada. No obstante, bien sabemos que no toda la diversidad genética de una población es notable a simple vista; muchas características y capacidades permanecen relativamente ocultas, fuera de la vista. Por ejemplo, a simple vista, de entre 10 caballos muy parecidos, ¿cómo saber cuál es el más rápido? O entre 100 gallinas, ¿cómo saber cuál es la más ponedora? Esto solo podemos averiguarlo en la práctica.
La historia de la ciencia nos presenta varios casos clásicos del estudio de la genética de poblaciones. Por ejemplo, Dobzhanski en su libro “Genética del Proceso Evolutivo” de 1975, reporta un estudio realizado en la década de 1940 en el hongo parásito del trigo Puccinia graminis, subespecie tritici. En aquélla época, se conocían 189 razas de esta subespecie, que se pueden diferenciar en base a las variedades de trigo que parasitan, así como al tipo de daños que provocan en la planta. La tabla 1 presenta las frecuencias de porcentaje anual de las razas fisiológicas de este hongo.

Tabla 1. Frecuencias de porcentaje de variedades fisiológicas de la roya Puccinia graminis tritici,atacando plantas de maíz en Estados Unidos de América de 1930 a 1944.



























Este es un interesante ejemplo que nos pone en claro dos cosas; la primera es que las diferencias entre cada variedad del hongo son de tipo genético, lo cual habla de la riqueza genética de la especie, pues podemos suponer que de una variedad de esporas que acceden a las plantas de la variedad en cuestión, solo alguna o algunas tienen la combinación genética apropiada para poder atacar a la planta. De aquí se genera la nueva variedad de hongo parásito, que tiene en su ADN codificadas las enzimas que le permitirán penetrar los tejidos y obtener alimento de la planta.
La segunda enseñanza que obtenemos del ejemplo, es acerca de la riqueza genética del trigo, que aunque cada variedad es producida por el hombre, la única fuente de diversidad de la especie es su propio acervo genético, lo cuál, obviamente también ocurre con el hongo. De hecho, la tabla refleja una guerra entre los productores de variedades de trigo y el hongo, pues en cuanto una variedad era muy parasitada se introducía una nueva.
Otro ejemplo clásico de diversidad genética, fue estudiado por Cunha en 1949. Cunha estudió la coloración del abdomen de la mosca Drosophila polymorpha, encontrando 6 fenotipos, de los cuales resultaron 3 patrones de coloración en machos y 3 en hembras; un par para los homocigotos dominantes, otro para los heterocigotos y el tercer par, para los homocigotos recesivos (ver figura 2.1.3)
Figura 2.1.3. Variación en la coloración del abdomen de Drosophila polymorpha debida al genotipo.
Desde la primera parte del siglo pasado se sabe que las especies pueden presentar una variación geográfica. Un ejemplo muy conocido es el de la serpiente ratonera, Elaphe obsoleta, la cual en su distribución en los Estados Unidos puede presentar 6 subespecies, las cuales se interfecundan en las áreas de sobrelapamiento (donde coexisten dos o más subespecies) (ver figura 2.1.4).
Figura 2.1.4. Variación geográfica de la serpiente ratonera Elaphe obsoleta en los Estados Unidos de América,
la cual presenta seis subespecies que se aparean en las áreas de sobrelapamiento.
Pero existe diversidad que solo podemos atestiguar por métodos bioquímicos; por ejemplo, Lewontin y Hubby, estudiaron la variación en la composición bioquímica de ocho enzimas de Drosophila pesudoobscura, encontrando una elevada diversidad, la mayoría de las cuales, no obstante, cumplían con su función catalizadora.
Un gigantesco e involuntario experimento acerca de la variabilidad genética en bacterias ha sido realizado por la especie humana, ya que desde la aplicación comercial de los antibióticos, hemos estado seleccionando bacterias cuya carga hereditaria les permite sobrevivir en presencia de algunas de estas sustancias. Por poner un solo ejemplo, un estudio en Inglaterra revela que la resistencia deStaphylococcus aureus a la penicilina G era de 10%; tras 6 años de aplicación, la resistencia se incrementó a 60% y en la actualidad ronda el 90% (La penicilina G fue el primer antibiótico puesto a la venta en la década de 1950, aunque fue descubierta por Alexander Fleming en 1928).
Así, la diversidad genética está determinada por la homogenidad o heterogeneidad de alelos. Desde luego que existe una diversidad de razones que llevan a esta heterogeneidad u homogeneidad genética: Procesos de alta inmigración para la heterogeneidad y de aislamiento reproductivo o de cuello de botella para la homogeneidad,
Desde el punto de vista de potencial evolutivo, es mas conveniente que la población posea una relativamente alta variabilidad genética; suficiente para tener capacidad de respuesta ante los cambios en el ambiente, pero no tan alta que tenga problemas de apareamiento y/o reproducción. Ejemplos interesantes lo constituyen las especies con mayor motilidad (la motilidad se refiere a la capacidad de movimiento) como insectos alados, aves y murciélagos.
Un estudio realizado simultáneamente en los Estados Unidos y México [1] con el murciélago migratorio Tadarida brasiliensis mexicana arrojó como resultado una alta diversidad genética (ver figura 2.1.5). Se estudiaron hasta 38 loci polimórficos en ocho colonias durante el verano, que pasan en los Estados Unidos; y cuatro durante el invierno, que pasan en México, luego de viajar cientos de kilómetros. Se encontró una elevada riqueza genética, además de que no existe diferencia significativa en la frecuencia de los alelos estudiados para las 12 colonias. Los investigadores consideran que esta elevada heterogeneidad genética se mantiene gracias al frecuente intercambio de individuos entre las poblaciones de estos mamíferos voladores, que evita la endogamia y el aislamiento reproductivo.
Figura 2.1.5. El murciélago migratorio Tadarida brasiliensis mexicana

El caso opuesto, con una poca variabilidad genética, puede presentar problemas de homocigocidad para alelos antiadaptativos en el ambiente local, e incluso para cualquier ambiente dentro de la distribución de la especie. Un caso estudiado es el de los leones del Ngorongoro (ver figura 2.1.4), que es una extensa llanura en el interior de un cráter en Tanzania, África. Dicho cráter es la caldera volcánica incólume más grande del mundo, con 9 a 12 kilómetros de ancho (no es totalmente circular), 670 metros de profundidad e incluye una laguna y un río. Durante cientos de años, la población de leones en el interior del cráter estuvo relativamente aislada, pero una multitud de factores han venido a acentuar esta situación de endogamia: en primer lugar, la poca inmigración que existía ha sido interrumpida debido a la colonización de las laderas externas del volcán por los Masai; en segundo lugar, en 1962 una plaga eliminó a 77 de los 87 leones que vivían en el cráter. La población se ha restablecido a partir de la endogamia de esos 10 sobrevivientes, aunque entre 1966 – 1968 hubo 7 inmigrantes y uno mas en 1993. Ni un solo inmigrante más desde entonces. Para empeorar las cosas, en la década de 1990 murieron más leones debido a algunos brotes de la enfermedad, probablemente por contacto con los perros de los Masai.
Debido a ello, actualmente todos los individuos son familiares. El resultado es una baja diversidad genética, una alta anormalidad espermática, elevada mortalidad de crías por malformaciones, así como un elevado porcentaje de individuos susceptibles a infecciones. Los investigadores están actualmente tratando de introducir leones de otras localidades que aporten un flujo genético fresco. En efecto, las autoridades del Tanzania National Parks, junto con el Prof. Craig Packer, están escogiendo cuidadosamente leones (principalmente hembras), de otras zonas externas al Ngorongoro para incrementar la variabilidad genética en la población local y evitar así su extinción.
Figura 2.1.6. Leonas en el Parque Nacional Ngorongoro

Lo anterior nos lleva a concluir que la diversidad genética es importante, pero su resultado, el fenotipo o características apreciables de los individuos, es lo definitorio para los procesos evolutivos. Con esto, lo que queremos decir es que existen manifestaciones genéticas que permiten una mayor adaptación al ambiente reinante, pero también existen otras que pueden ser antiadaptativas o letales, así como neutras. De modo que la condición de homocigosis o heterocigosis por lo general no resulta de procesos aleatorios, sino que en muchos casos pasa por el tamiz de la selección natural.
Para redondear esta idea de la biodiversidad genética, debemos recordar dos cosas: La primera, es que la diversidad de todas las especies en cuanto a la aparición de alelos nuevos está determinada por las mutaciones, aunque la recombinación y el entrecruzamiento proveen de combinaciones nuevas de los alelos ya existentes en las especies con reproducción sexual.
La segunda, tiene que ver con el resultado de la diversidad genética, ya que la presencia de diversos alelos en cada gen, brinda a las especies una gran plasticidad, debido a que ante un ambiente discontinuo y cambiante, las poblaciones poseen diversas manifestaciones fenotípicas que pueden llegar a tener éxito en microambientes específicos. La conclusión es que la diversidad genética de las poblaciones les permite mayores posibilidades de persistir ante eventualidades ambientales.

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